高中物理静电场知识点归纳.docx

1、高中物理静电场知识点归纳静电场寺本章知识结构第一讲电场力的性质一、电荷及电荷守恒定律1、 自然界中只存在两种电荷，一种是正电，例如用丝绸摩擦玻璃棒，玻璃棒带正电；另一种带负电，用毛皮摩擦橡胶棒，橡胶棒带负电。2、 电荷间存在着相互作用的引力或斥力（同性相吸，异性相斥） 。3、 电荷在它的周围空间形成电场，电荷间的相互作用力就是通过电场发生的。电荷的多少叫 |电量。 元电荷e= 1.6 X 10_ 19C,所有带电体的电荷量都等于e的整数倍。点电荷4、 使物体带电叫做起电。使物体带电的方法有三种： （1）摩擦起电；（2）接触带电；（3）感应起电。5、 电荷既不能创造，也不能消灭，它只能从一个物体

2、转移到另一个物体，或从物体的一部分转移到另一部分，在转移的过程中，电荷的总量不变。这叫做 电荷守恒定律。【重点理解】（1）摩擦起电；（2）接触带电；（3）感应起电当两个物体互相摩擦时，一些束缚得不紧的电子往往从一个物体转移到另一个物体 ，于是原来电中性的物体由于得到电子而带负电，失去电子的物体带正电，这就是摩擦起电当一个带电体靠近导体，由于电荷间相互吸引或排斥，导体中的自由电荷便会趋向或远离带电体 ，使导体靠近带电体的一端带异号电荷 远离带电体的一端带同号电荷 ，这就是感应起电，也叫静电感应.接触起电指让不带电的物体接触带电的物体，贝U不带电的物体也带上了与带电物体相同的电荷，如把带负电的橡胶

3、棒与不带 电的验电器金属球接触，验电器就带上了负电，且金属箔片会张开；带正电的物体接触不带电的物体，则是不带电物体上的电子 在库仑力的作用下转移到带正电的物体上，使原来不带电的物体由于失去电子而带正电。实质：电子的得失或转移 二、库仑定律1、内容：在真空中两个点电荷之间相互作用的电力，跟它们的电荷量的乘积成正比，跟它们的距离的平 方成反比，作用力的方向在它们的连线上。2、公式：F =kQ学，F叫库仑力或静电力，也叫电场力，F可以是引力，也可以是斥力，K叫静电 r力常量，公式中各量均取国际单位制单位时，K= 9.0 X 109N mf/c23、适用条件：（1）真空中；（2）点电荷。（Q、Q两个点

4、电荷带电量的绝对值）例1 两个完全相同的金属小球带有正、负电荷，相距一定的距离，先把它们相碰后置于原处，则它们之 间的库仑力和原来相比将( )A. 变大 B.变小 C .不变 D.以上情况均有可能三、电场强度1、 电场：带电体周围存在的一种物质，由电荷激发产生，是电荷间相互作用的介质。只要电荷存在，在 其周围空间就存在电场。电场具有力的性质和能的性质。2、 电场强度：(1) 定义：放入电场中某点的试探电荷所受的电场力跟它的电荷量的比值叫做该点的电场强度。它描述电场 的力的性质。电场强度的意义是描述电场强弱和方向的物理量。(2) E =，电场强度定义式，适用于一切电场；电场强度大小取决于电场本身

5、，与q、F无关；qQE = Kp，仅适用于点电荷在真空中形成的电场。r(3) 方向：规定电场中某点的场强方向跟正电荷在该点的受力方向相同。(4) 多个点电荷形成的电场的场强等于各个点电荷单独存在时在该点产生场强的矢量和。这叫做电场的叠加原理。在电场某一区域，如果各点场强的大小和方向都相同，这个区域里的电场是 匀强电场。五、电场线1、 概念：为了形象地描绘电场，人为地在电场中画出的一系列从正电荷出发到负电荷终止的曲线，使曲 线上每一点的切线方向都跟该点的场强方向一致，这些曲线叫电场线。它是人们研究电场的工具。2、 性质：(1) 电场线起自正电荷(或来自无穷远) ，终止于负电荷(或伸向无穷远)；(

6、2) 电场线不相交；(3) 电场线的疏密反映电场的强弱，电场线越密场强越强，匀强电场的电场线是距离相等的平行直线；(4) 静电场中电场线不闭合(在变化的电磁场中可以闭合) ；(5) 电场线是人为引进的，不是客观存在的；(6) 电场线不是电荷运动的轨迹。重难点突破1. 电场点电荷的电场：E =k2就是点电荷Q在空间距Q为f处激发的电场强度。方向：如果Q是正电荷，在rQ与该点连线上，指向背离Q的方向；如果Q是负电荷，在Q与该点的连线上，指向Q的方向。同时要注意以 下几点：(1) 在距Q为f处的各点(组成一个球面)电场强度的大小相等，但方向不同，即各点场强不同。Q F F(2) E=Kp是点电荷激发

7、的电场强度计算公式，是由 E 推导出来的，E 是电场强度的定r q qQ义，适用于一切电场，而 E 只适用于点电荷激发的电场。r匀强电场：在电场中，如果各点的电场强度的大小都相同，这样的电场电匀强电场，匀强电场中电场线是 间距相等且互相平行的直线。 E = U是场强与电势差的关系式，只适应于匀强电场。d【总结】大小：E=F/q定义式普适E= kQ/r 2计算式适用于真空中点电荷电场E=U/d计算式适用于匀强电场电场强度与电场力的区别电场强度E电场力F区别1 反映电场的力的性质；2 其大小仅由电场本身决定；3 其方向仅由电场本身决定，规定其方 向与正电荷在电场中的受力方向相冋。1 仅指电荷在电场

8、中的受力；2 其大小由放在电场中的电荷和电场共同决定；3 正电何受力方向与电场方向相冋，负电何受力 方向与电场方向相反。联系E上 qF =qE例2.如图19所示，把 A B两个相同的导电小球分别用长为 0.10 m的绝缘细线悬挂于 0A和0B两点。用丝绸摩擦过的玻璃棒与 A球接触，棒移开后将悬点 0B移到0A点固定。两球接触后分开，平衡时距离为0.12-4 2已测得每个小球质量是 8.0 10 kg ,带电小球可视为点电荷，重力加速度 g =10m /s，静电力常量k =9.0 109N m2 /C2，下列说法正确的是（A .两球所带电荷量相等2B . A球所受的静电力为 1.0相-NC. B

9、球所带的电荷量为 4.6 10”CD. A、B两球连续中点处的电场强度为 0 1.电场线1、电场线与运动轨迹电场线是为形象地描述电场而引入的假想曲线，规定电场线上每点的切线方向沿该点场强的方向，也是正电荷在该点受力产生加速度的方向 （负电荷受力方向相反）。运动轨迹是带电粒子在电场中实际通过的路径， 轨迹上每点的切线方向是该粒子在该点的速度方向。在力学的学习中我们就已经知道，物体运动速度的方向和它 的加速度的方向是两回事，不一定重合。因此，电场线与运动轨迹不能混为一谈，不能认为电场线就是带电粒 子在电场中运动的轨迹。只有当电荷只受电场力，电场线是直线，且带电粒子初速度为零或初速度方向在这条 直线

10、上，运动轨迹才和电场线重合。2、电场线的疏密与场强的关系按照电场线画法的规定，场强大处电场线密，场强小处电场线疏。因此根据电场线的疏密就可以比较场强 的大小。例3.关于电场线的下列说法中正确的是（ ）A、电场线上每一点的切线方向都跟电荷在该点的受力方向相同；E、沿电场线方向，电场强度越来越小；C、 电场线越密的地方，同一试探电荷所受的电场力就越大；D、 在电场中，顺着电场线移动电荷，电荷受到的电场力大小恒定。例4:某静电场中电场线如图所示，带电粒子在电场中仅受电场力作用，其运动轨迹如图虚线所示由M运动到N,以下说法正确的是（ ）A、粒子必定带正电荷；E、粒子在M点的加速度大于它在N点加速度;C

11、、 粒子在M点的加速度小于它在N点加速度;D、 粒子在M点的动能小于它在N点的动能。三.电场的叠加1、 所谓电场的叠加就是场强的合成，遵守平行四边形定则，分析合场强时应注意画好电场强度的平行四 边形图示。在同一空间，如果有几个静止电荷同时在空间产生电场，如何求解空间某点的场强的大小呢？根据电场强度的定义式E -匚和力的独立作用原理， 在空间某点，多个场源电荷在该点产生的场强， 是各场源电荷单独存q在时在该点所产生的场强的矢量和，这就是电场的迭加原理。2、 等量异种、等量同种点电荷的连线和中垂线上场强的变化规律。（1） 等量异种点电荷的连线之间，中点场强最小；沿中垂线从中点到无限远处，电场强度逐

12、渐减小； 等量同种点电荷的连线之间，中点场强最小，且一定等于零。因无限远处场强为零，则沿中垂线从中点到无限远处，电场强度先增大后减小，中间某位置必有最大值。（2） 等量异种点电荷连线和中垂线上关于中点对称处的场强相同； 等量同种电荷连线和中垂线上关于中点对称处的场强大小相等、方向相反。0, C点的例7.如右图所示，ABC是等边三角形，在 A点放置电荷量为Q的点电荷时，取无穷远处电势为电场强度大小和电势分别为E和再在B点放置电荷量为-Q的点电荷时，C点的电场强度大小和电势分别是现有两个边长不等的正方形 ABCD和 abed,如图所示，且Aa、Bb、Cc、Dd间距相等。在AB AC CD.DB处电

13、势为零。则下列说法中正确的是（A.B.C.D.AB* r：0丨c_ dI a b的中点分别放等量的点电荷，其中 AB AC中点放的点电荷带正电， CD.BD的中点放的点电荷带负电，取无穷远 o点的电场强度和电势均为零把一正点电荷沿着 bTdc的路径移动时，电场力做功为零 同一点电荷在a、 d两点所受电场力相同将一负点电荷由a点移到b点电势能减小正点电起盍追点琶荷处屯场哉毬窖，屯蜥强炭E以场浜电.宵为3；心一定昱度掷半経的因用 上制备点场髡讨丸卜和国-亦向不冈K負点电等量罔号电荷电竜连戋的中点竝屯场議度E-0电荷连蟻的中卷颈上备点的电炀择亶与*爭量异0电時的退线上的电塀的才向是古止电時扌富 梅贞

14、电背电意逞线的中垂蛙易镇丈的屯场的方向走平荷的* 曲、同向电场砥良飪处丸等不同电场的电场线分布四带电体的平衡1、 解决带电体在电场中处于平衡状态问题的方法与解决力学中平衡问题的方法是一样的，都是依据共点 力平衡条件求解，所不同的只是在受力分析列平衡方程时，需要考虑电场力。2、 解决带电体在电场中平衡问题的一般步骤： （1）确定研究对象；（2）分析研究对象的受力情况，并画出受力图。（3）据受力图和平衡条件，列出平衡方程； （4）求解未知量。补充练习1 两个分别带有电荷量一 Q和+3Q的相同金属小球（均可视为点电荷 两处，它们间库仑力的大小为 F.两小球相互接触后将其固定距离变为大小为 （ ）1

15、3 4A. E= Eo- kt（E 0、k均为大于零的常数，取水平向1 ,当t =0时刻物体处于静止状态.若物体所 F列说法正确的是 （ ）F B.4F C. -F D. 12F 2如图2所示，一质量为 m带电荷量为q的物体处于场强按 左为正方向）变化的电场中，物体与竖直墙壁间的动摩擦因数为 受的最大静摩擦力等于滑动摩擦力，且电场空间和墙面均足够大，A. 物体开始运动后加速度先增加、后保持不变B. 物体开始运动后加速度不断增大EoC. 经过时间t =匚，物体在竖直墙壁上的位移达最大值d.经过时间t =卩qE：mg物体运动速度达最大值图2kq第二讲电场能的性质、电势、电势差1、电势差（1）电荷q

16、在电场中由一点A移到另一点E时，电场力所做的功W ab跟它的电荷量q的比值，叫做A、做的功。即:U ABWaB 。E两点间的电势差。电场中A、E两点间的电势差在数值上等于单位正电荷从A点移动到E点过程中电场力所（2）电势差是标量，有正负，无方向A、E间电势差U ab= -b ；E、A间电势差U ba=B叮a。显然UAb=-U ba。电势差的值与零电势的选取无关。在匀强电场中，U=Ed（ U为电场中某两点间的电势差，d为这两点在场强方向上的距离） 。2、电势（1） 如果在电场中选取一个参考点 （零电势点），那么电场中某点跟参考点间的电势差， 就叫做该点的电势。电场中某点的电势在数值上等于单位正电

17、荷由该点移动到参考点（零电势点）时，电场力所做的功。（2） 电势是标量，有正负，无方向。谈到电势时，就必须注明参考点（零势点）的选择。参考点的位置 可以任意选取，当电荷分布在有限区域时，常取无限远处为参考点，而在实际上，常取地球为标准。一般来说， 电势参考点变了，某点的电势数值也随之改变，因此电势具有相对性。同时，电势是反映电场能的性质的物理量，跟电场强度（反映电场的力的性质）一样，是由电场本身决定的， （与检验电荷q无关）。对确定的电场中的某确定点，一旦参考点选定以后，该点的电势也就确定了。:;亠计算时要带入正负号4（3） 沿着电场线的方向电势越来越低，逆着电场线的方向，电势越来越高。（4）

18、 电势的值与零电势的选取有关，通常取离电场无穷远处电势为零；实际应用中常取大地电势为零。（5） 当存在几个“场源”时，某处合电场的电势等于各“场源”的电场在此处的电势的代数和。二、电势能1、 电荷在电场中具有的势能叫做电势能。严格地讲，电势能属于电场和电荷组成的系统，习惯上称作电荷 的电势能。2、 电势能是相对量，电势能的值与参考点的选取有关。电势为零的点，电势能为零。3、 电势能是标量，有正负，无方向。三、电场力做功与电荷电势能的变化电场力对电荷做正功时，电荷的电势能减少；电场力对电荷做负功时，电荷的电势能增加。电势能增加或 减少的数值等于电场力做功的数值（ qUab）。电荷在电场中任意两点

19、间移动时，它的电势能的变化量是确定的,因而移动电荷做功的值也是确定的，所以，电场力移动电荷所做的功，与移动的路径无关。这与重力做功十分 相似。注意：不论是否有其它力做功，电场力做功总等于电势能的变化。 匀强电场电场力做功 W=FScos9 （ 0为电场力和位移夹角）四、等势面电场中电势相等的面叫等势面。它具有如下特点:(1) 等势面一定跟电场线垂直；(2) 电场线总是从电势较高的等势面指向电势较低的等势面；(3) 任意两等势面都不会相交；(4) 电荷在同一等势面上移动，电场力做的功为零；(5) 电场强度较大的地方，等差等势面较密；(6) 等势面是人们虚拟出来形象描述电场的工具，不是客观存在的。

20、 常见等势面：等势面电势大小变化规律五、等势面与电场线的关系1、 电场线总是与等势面垂直，且总是从电势高的等势面指向电势低的等势面。2、 若任意相邻等势面间电势差都相等，则等势面密处场强大，等势面疏处场强小。3、 沿等势面移动电荷，电场力不做功，沿电场线移动电荷，电场力一定做功。4、 电场线和等势面都是人们虚拟出来形象描述电场的工具。5、 在电场中任意两等势面永不相交。六、电势与电场强度的关系1、 电势反映电场能的特性，电场强度反映电场力的特性。2、 电势是标量，具有相对性，而电场强度是矢量，不具有相对性。两者叠加时运算法则不同。电势的正、 负有大小的含义，而电场强度的正、负仅表示方向，并不表

21、示大小。3、电势与电场强度的大小没有必然的联系，某点的电势为零，电场强度可不为零，反之亦然。4、冋一试探电荷 在电场强度大处，受到的电场力大，但正电荷在电势咼处，电势能才大，而负电荷在电势高处电势能反而小。5、 场强为零的区域，电势相等。6、 电势和电场强度都由电场本身的因素决定的，与试探电荷无关。7、 在匀强电场中有关系式U =Ed。七、对公式E =U的理解及应用d公式E = U反映了电场强度与电势差之间的关系， 由公式可知：电场强度的方向就是电势降低最快的方向。d公式E=U的应用只适用于匀强电场， 且应注意d的含义是表示某两点沿电场线方向上的距离。 由公式可d得结论：在匀强电场中，两长度相

22、等且相互平行的线段的端点间的电势差相等。 U= qE LCOS a （a为线段与电场线的夹角，L为线段的长度）；对于非匀强电场，此公式可以用来定性分析某些问题，如在非匀强电场中，各 相邻等势面的电势差为一定值时，那么有 E越大处，d越小，即等势面越密。重难点突破、判断电势高低1 、利用电场线方向来判断， 沿电场线方向电势逐渐降低。 若选择无限远处电势为零， 则正电荷形成的电场中，空间各点的电势皆大于零；负电荷形成的电场中空间各点电势皆小于零。2、利用Uab =如来判断，将VW、q的正负代入计算，若 Uab0则a % ；若3V 0则a V ；： b。q例1:如图所示，虚线方框内为一匀强电场， A

23、 B C为该电场中的三个点，已知 Ua= 12V, LB=6V,U c= 6V,试在该方框中作出该电场的示意图 （即画出几条电场线），并要求保留作图时所用的辅助线 （用虚线表示）。若将一个电子从A点移到E点，电场力做多少电子伏的功？归纳：电子从A点移到E点，电势差 U=A- ；：B （初减末）IIL 二、电场力做功的计算1、 由公式W=FS COS B计算，但在中学阶段，限于数学基础，要求式中F为恒力才行，所以，这种方法 有局限性，此公式只适合于匀强电场中，可变形为W=qEd，式中d为电荷初末位置在电场方向上的位移。2、 由电场力做功与电势能改变关系计算，W= A ,对任何电场都适用。3、 用

24、W ABqU ab来计算。一般又有两种处理方法：(1) 带正、负号运算：按照符号规则把所移动的电荷的电荷量q和移动过程的始、终两点的电势差U 的值代入公式W AB=qU ab,根据计算所得 W值的正、负来判断是电场力做功还是克服电场力做功。其符号规则是：所移动的电荷 若为正电荷，则 q取正值；若移动过程的始点电势 a高于终点电势;：B ,则UAb取正值。(2) 用绝对值运算：公式 W=qU ab中的q和Uab都取绝对值，即 W q . U AB 。采用这种处理方法只能计算在电场中移动电荷所做功的大小。要想知道移动电荷过程中是电场力做功还是 克服电场力做功，还需利用力学知识进行判断。判断的方法是

25、：在始、终两点之间画出表示电场线方向、电荷 所受电场力方向和电荷移动方向的矢量线E、F和S,若F与S的夹角小于9 0 ,则是电场力做正功。1 2 1 24、 由动能定理计算， W电 W其 mv mv0。2 2例1:如图所示，在粗糙水平面上固定一点电荷Q,在M点无初速度释放一带有恒定电荷量的小物体，小 物体在Q形成的电场中运动到N点静止，则从M点运动到N的过程中A、小物体所受电场力逐渐减小；E、小物体具有的电势能逐渐减小；C、 M点的电势一定咼于N点的电势； dy片小巨冗*匸卉耳恒兀D、 小物体电势能变化量的大小一定等于克服摩擦力做的功。例2:如图所示，将一个电荷量为 q = +3 X 1OTC

26、的点电荷从电场中的 A点移到B点的过程中，克服电场力做功6X 1O_ J。已知A点的电势为lA= 4V,求B点的电势和电荷在 B点的电势能。 1 1 A B例3:如图所示，倾角为30的直角三角形底边长为2L,放置在竖直平面内，底边处于水平位置，斜边为 光滑绝缘导轨。现在底边中点O处固定一正点电荷电荷量为Q,让一质量为m、电荷量为q的带负电的质点， 从斜面顶端A沿斜轨滑下，滑到斜边的垂足D时速度为V,加速度为 a，方向沿斜面向下，问质点滑到底端C点粒孑加速度与位朕系D时的速度和加速度各是多大？第三讲 带电粒子在电场中的运动一、电容器、电容1、 电容器：两个彼此绝缘又互相靠近的导体可构成一个电容器

27、。2、 电容 物理意义：表示电容器容纳电荷的本领。定义：电容器所带的电荷量Q （个极板所带电量的绝对值）与两个极板间的电势差U的比值叫做电容器 的电容。定义式：C = Q Q，对任何电容器都适用，对一个确定的电容器，电容是一个确定的值，不会随电容U 心U器所带电量的变化而改变。3、常见电容器有：纸质电容器，电解电容器，可变电容器，平行板电容器。电解电容器连接时应注意其“ + ” 、“”极。、平行板电容器带电平行板电容器两极板间的电场可认为是匀强电场,三、带电粒子在电场中加速带电粒子在电场中加速，若不计粒子的重力，则电场力对带电粒子所做的功等于带电粒子动能的增量。1、在匀强电场中：W=qEd =

28、 qU =1 ； mv22 1 2 -尹V。12 122、在非匀强电场中：W=qU =mv -mv。22重难点突破、平行板电容器动态分析这类问题的关键在于弄清哪些是变量，哪些是不变量，在变量中哪是自变量，哪是因变量。同时应注意理 解平行板电容器演示实验中现象的实质。一般分两种基本情况：1、 电容器两极板电势差U保持不变。 即平行板电容器充电后， 继续保持电容器两极板与电池两极相连接，电容器的d、s、 变化时，将引起电容器的C、Q、U、E的变化。2、 电容器的带电量Q保持不变。即平行板电容器充电后，切断与电源的连接，使电容器的d、s、 &变化时，将引起电容器的C、Q、U、E的变化。进行讨论的物理

29、依据主要是三个：（1） 平行板电容器的电容与极板距离d、正对面积S、电介质的介电常数 间的关系：C- d（2） 平行板电容器内部是匀强电场， E二丄：。（根据电容器U不变还是Q不变来判断E变化）d sS（3） 电容器每个极板所带电量Q=CUo小结：平行板电容器的常见变化在平板电容器中插入介质（比如玻璃，陶瓷，塑料）会使介电常数 增大（绝缘性能越好的东西介电常数越大）1. 开关接通在电源上，改变 d、S、，特点：两板间电压 U不变；改变d的值，E会变化；改变S的值，E不会变化2. 开关从电源上断开，改变 d、S、，特点：两板间带电量 Q不变；改变d的值，E不会改变；改变 S的值，E会变化例1:如

30、图所示，A、E为平行金属板，两板相距为d，分别与电源两板相连，两板的中央各有一个小孔M和N。今有一带电质点，自A板上方相距为d的P点由静止自由下落（P、M、N在同一竖直线上） ，空气阻力忽略不计，到达N孔时速度恰好为零，然后沿原路返回。若保持两极板间的电压不变，则（ ）A、把A板向上平移一小段距离，质点自P点自由下落后仍能返回。 LE、把A板向下平移一小段距离，质点自P点自由下落后将穿过N孔继续下落。 M dC、 把E板向上平移一小段距离，质点自P点自由下落后仍然返回。 日 -LD、 把E析向下平移一小段距离，质点自P点自由下落后将穿过N孔继续下落。 rN二、带电粒子在匀强电场中的运动如用动能定理，则要分清有哪些力做功？正功还是负功？若电场力是变力，电场力的功必须用W=qU 如选用能量守恒定律，则要分清有哪些形式的能变化？怎样变化？能量守恒的表达形式有：（1） 初态末态的总能量相等，即E 初=已末；（2） 某些形式的能量减少一定有其他形式的能增加。且 已减= E增